Biomedicinska instrumentacija

Sveučilište u ZagrebuFakultet elektrotehnike i računarstva

11

Biomedicinska instrumentacija P10

–

Mjerna instrumentacija

za mjerenje električkih i neelektričkih

veličina u medicini

Ak.god. 2009./2010.

prof.dr.sc. Ratko Magjarević

Mjerna instrumentacijaza mjerenje električkih i neelektričkih veličina u medicini-PREGLED•

nastavak predavanja o primjeni ultrazvuka u medicini –

neinvazivno mjerenje brzine protoka krvi

mjerenje bioelektričkih napona – EKG i EEGmjerenje tlaka – invazivnomjerenje protoka •

indukcijska metoda •

metoda jednokratnog ubrizgavanja sredstva

mjerenje respiracije•

spirometar•

pletizmografija

Profil brzina u krvožilnom sustavu

UZ metode mjerenja protokaMjerenje brzine strujanja krvi temeljena na razlici vremena prolaska

4Biomedicinska instrumentacija

1

2

1 2 2 2 2

2

cos

cos2 cos

cos2 cos

Dtc v

Dtc v

D vt t tc v

D vc

α

ααα

α

=+ ⋅

=− ⋅

⋅ ⋅Δ = − =

− ⋅⋅

≈D

gdje je c brzina širenja ultrazvuka, v brzina protoka tekućine (krvi u žili), a ti vrijeme potrebno da ultrazvuk prijeđe put D od odašiljača do prijamnikapostavljenih na suprotne strane žile promjera R. Pri tome

vektori brzina ultrazvuka

i strujanja krvi zatvaraju kut α.

uz c v

UZ metode mjerenja protokaBrzina v je srednja brzina krvi. Naime, krv brzina strujanja krvi nije jednaka u sredini žile i pri rubovima. Govorimo o slojevitom (laminarnom) profilu brzine, koji se opisuje parabolom.

Kont. mjerenje brzine strujanjaMjerenje brzine strujanja krvi temeljene na razlici vremena prolaska u kontinuiranomradu

6Biomedicinska instrumentacija

UZ metode mjerenja protokaPri tome se mjerenje razlike u vremenu može svesti na mjerenje razlike u fazi

2

2

24 c o s

4 c o s

TD v f

ccvD f

τ ϕππ αϕ

ϕπ α

Δ Δ=

⋅ ⋅ ⋅ ⋅Δ =

⋅ Δ=

⋅ ⋅ ⋅

DiskusijaKoje moguće poteškoće u mjerenju brzine protoka krvi možete uočiti u opisanim metodama?

Mjerenje protoka Dopplerovim

efektomMjerenje brzine strujanja krvi temeljene na Dopplerovom efektu

9Biomedicinska instrumentacija

'2

0

1

1 cos

1 cos

pr

pr

f f vcvf fc

α

β

=+

⎛ ⎞= −⎜ ⎟⎝ ⎠

Načelo izvedbe uređajaIzvedba uređaja za mjerenje strujanja krvi temeljene na Dopplerovom efektu

10Biomedicinska instrumentacija

2 0

1 cos

1 cos

vcf f vc

β

α

−=

+

( )

2 0

0

1 cos1

1 cos

cos cos

f f fvcf vc

cfv

β

α

α β

Δ = −

⎡ ⎤−⎢ ⎥= −⎢ ⎥

⎢ ⎥+⎣ ⎦

= +

Blok shema

11Biomedicinska instrumentacija

Promjena brzine tijekom srčane kontrakcije (srčanog ciklusa)

Neki parametri mjerenja brzine protoka

Ovisnost prikaza brzine o kutu

Ovisnost prikaza brzine o kutu ultrazvučne sonde u odnosu na trajektoriju brzine. (A) i (B) Signal razlike frekvencija izraženiji je ako je smjer ultrazvuka pod oštrim kutom u odnosu na smjer gibanja krvi. Kut između ultrazvučne zrake i trajektorije brzine protoka je blizu 90°, pa je signal (C) mali. U slučaju (D) krv se udaljava od izvora ultrazvuka, pa je signal negativan.

Dopplerov efektSektorski prikaz s pravecem duž kojeg je proveden impulsni Doppler

15Biomedicinska instrumentacija

16Biomedicinska instrumentacija

17Biomedicinska instrumentacija

UZV uz mjerenje protoka

20Biomedicinska instrumentacija

Literatura:

Šantić, A., “Biomedicinska elektronika”, Školska knjiga, Zagreb, 1995Breyer, B., “Medicinski dijagnostički ultrazvuk”, Školska knjiga, Zagreb, 1991Brown, BH., Smallwood, RH., et al., “Medical Physics and BiomedicalEngineering, IoP Press, Bristol, 1999

Posjet KBC RebroKlinika za onkologiju i radioterapiju•

planiranje terapije: CT za dobivanje medicinskih slika i programska podrška za obilježavanje područja zračanja

– tumora•

proračun doza zračenja

•

načini osiguranja položajne točnosti Radioterapija•

linearni akcelerator (LINAC)

•

pozicioniranje pacijenata i kolimatoriRadikirurgija•

gama nož

(Gamma

knife)

•

precizno zračenje tumora glave•

stereotaktički uređaj za pozicioniranje

Linearni akcelerator (linac)Uređaji koji ubrzavaju nabijene atomske čestice ili njihove dijelove linearno, tako da se dobije “zraka” koja se koristi u terapiji tumoraLinaci malih energija koriste se u svakoj katodnoj cijevi (osciloskopi, monitori) i u rentgenskoj tehnici“Meta” ubrzanih čestica je na kraju zrake (zaslon monitora, pacijent..)

Primjena LINAC-a u mediciniRadioterapija i radiokirurgija (radiosurgery)Energija zraka 6-30 MeVZa terapiju se koriste zrake čestica ili rentgenskezraka nastale sudarom ubrzanih čestica i katodeKoristi se u terapiji malignih i benignih tumora, s time da je primjena terapije za liječenje benignih tumora ograničena zbog posljedica ionizirajućeg zračenjaKoristi se za liječenje (kurativno), za pospješivanje druge, najčešće kemo-terapije te palijativno

Blok shema LINAC-a

Usmjeravanje zrake

Usmjeravanje zrake na cilj

RadiokirurgijaRadiosurgery is a medical procedure that allows non-invasive treatment of benign and malignant tumors. It is also known as stereotactic radiotherapy, (SRS) when used to target lesions in the brain, and stereotactic body radiotherpy (SBRT) when used to target lesions in the body. It operates by directing highly focused beams of ionizing radiation with high precision. There are many nervous diseases for which conventional surgical treatment is difficult or inadvisable due to deleterious consequences for the patient, such as damage to nearby arteries, nerves, and other vital structures.

Gamma knifeA gamma knife is a device used to treat brain tumors with a high dose of radiation therapy in one day. f >>1019 Hz, and therefore have energies above 100 keV and wavelength less than 10 picometers, often smaller than an atom. Gamma radioactive decayphotons commonly have energies of a few hundred keV, and are almost always less than 10 MeV in energy. The gamma knife device contains 201 cobalt-60 sources of approximately 30 curies

Pozicioniranje pacijenta

“Gama nož” (Gamma knife)